(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出装置であって、
所定の振動を前記タイヤに入力する振動入力部と、
前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得する周波数情報取得部と、
取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数および反共振周波数を抽出し、抽出した前記タイヤの共振周波数および反共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記外側慣性モーメントおよび前記ばね定数を算出するタイヤ状態推定部と、を有する、
タイヤ状態検出装置。
【請求項２】
前記タイヤ状態推定部は、
前記ばね定数の変化から、前記タイヤの空気圧低下の発生を検出する、
請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
【請求項３】
前記周波数情報取得部は、
前記タイヤの回転角速度を前記周波数情報として取得する、
請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
【請求項４】
前記振動入力部は、
前記空気圧低下の発生が検出されたとき、および、前回抽出された前記タイヤの共振周波数および反共振周波数が存在しないとき、第１の周波数帯域を前記所定の振動の周波数に決定し、前記空気圧低下の発生が検出されておらず、かつ、前回抽出された前記タイヤの共振周波数および反共振周波数が存在するとき、前回抽出された前記タイヤの共振周波数および反共振周波数を含み前記第１の周波数帯域よりも狭い第２の周波数帯域を前記所定の振動の周波数に決定する、
請求項２記載のタイヤ状態検出装置。
【請求項５】
算出された前記ばね定数から、前記タイヤの内圧を算出するタイヤ内圧算出部と、
算出された前記内圧および検出された前記空気圧低下の発生のうち、少なくとも１つを提示する情報提示部と、を更に有する、
請求項２記載のタイヤ状態検出装置。
【請求項６】
前記ホイールは、モータにより駆動されるホイールであり、
前記振動入力部は、
前記モータに対して電流を供給するインバータの前記モータに対する制御電圧を、前記モータから前記所定の振動が発生されるように制御する、
請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
【請求項７】
前記振動入力部は、
前記タイヤの回転のための走行用電流に、前記所定の振動のための共振・反共振用電流を重畳した合成駆動電流が、前記モータから出力されるように、前記制御電圧を制御する、
請求項６記載のタイヤ状態検出装置。
【請求項８】
前記周波数情報取得部は、
前記モータから出力される駆動電流から、前記回転角速度を取得する、
請求項３記載のタイヤ状態検出装置。
【請求項９】
前記振動入力部は、
前記モータに対して電流を供給するインバータが前記モータから前記所定の振動を発生するよう制御するための指令情報を算出する、
請求項７記載のタイヤ状態検出装置。
【請求項１０】
前記ホイールは、モータにより駆動されるホイールであり、
前記振動入力部は、
前記モータに対して電流を供給するインバータの前記モータに対する制御電圧を、前記モータから前記所定の振動が発生されるように制御し、
前記周波数情報取得部は、
前記制御電圧を前記周波数情報として取得する、
請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
【請求項１１】
ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出方法であって、
所定の振動を前記タイヤに入力するステップと、
前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得するステップと、
取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数および反共振周波数を抽出するステップと、
抽出された前記タイヤの共振周波数および反共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記外側慣性モーメントおよび前記ばね定数を算出するステップと、を有する、
タイヤ状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ状態を検出するタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や自動二輪車等の車両に対する走行安定性の向上や燃費の向上が求められ、これらを実現する要素技術の研究開発が盛んに進められている。
【０００３】
走行安定性や燃費に大きな影響を与える要素の１つとして、タイヤ状態が挙げられる。空気入りタイヤの場合、長時間の走行等により、磨耗やタイヤの空気圧（以下「タイヤ内圧」という）低下が発生する。このようなタイヤ状態の変化は、燃費や走行安定性を悪化させる。したがって、タイヤ状態を継続的に検出し、監視することが重要である。
【０００４】
ところが、タイヤの内部にタイヤ内圧を検出するセンサを取り付ける等してタイヤ状態を直接的に検出しようとすると、高精度で検出することは可能だがコストが掛かる。さらに、センサでの検出結果をドライバに通知するための通信処理が発生する。このため、センサのバッテリを長期間保ちながら動作させるためには検出結果の送出間隔を大きくしなければならず、必要なときにタイヤ状態を把握することが困難である。
【０００５】
そこで、タイヤの共振周波数からタイヤ内圧の変化を間接的に検出する技術が、例えば非特許文献１に記載されている。非特許文献１記載の技術では、まず、タイヤの共振周波数がタイヤ内圧に依存するという関係に基づき、タイヤの力学的モデルを想定し、この力学的モデルから外乱オブザーバを設計する。タイヤの力学的モデルには、タイヤの外側部分の慣性モーメント（以下「外側慣性モーメント」という）と、タイヤの内側部分の慣性モーメント（以下「内側慣性モーメント」という）と、これらを結合するねじりばねとが含まれる。そして、非特許文献１記載の技術は、走行に伴いタイヤに発生する共振現象からねじりばね定数を算出し、タイヤのねじりばね定数とタイヤ内圧との比例関係に基づいて、ねじりばね定数の変化からタイヤ内圧の変化を検出する。
【０００６】
また、タイヤ駆動力とタイヤの回転角との間の相関関係からタイヤ状態を間接的に検出する技術が、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１記載の技術は、インホイールモータにより駆動される電動車両において、停車状態におけるタイヤ駆動力とタイヤの回転角との間の相関関係を、タイヤ剛性特性値として検出する。インホイールモータとは、近年研究開発が行われている、タイヤに直接駆動力を付加するモータである。そして、特許文献１記載の技術は、タイヤ剛性特性値が基準を満たさない場合、タイヤ内圧が低下していると判断する。
【０００７】
これらの従来技術によれば、タイヤ状態を間接的に検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１５１２８２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】梅野孝治、「車輪速センサを用いたタイヤ空気圧推定法の開発」、豊田中央研究所  Ｒ＆Ｄレビュー、１９９７年１２月、Ｖｏｌ.３２  Ｎｏ.４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１記載の技術は、タイヤの磨耗等により外側慣性モーメントが変化することに応じて、外乱オブザーバの精度が低下し、算出されるねじりばね定数の精度も低下する。また、特許文献１記載の技術は、タイヤ剛性特性値がタイヤの厚さや弾力性の変化の影響を受ける値であるため、タイヤの磨耗が進むと、タイヤ内圧が基準を満たしているか否かを高精度に判断することはできない。すなわち、従来技術には、タイヤ状態を高精度に検出することができないという課題があった。
【００１１】
本発明の目的は、タイヤ状態を高精度に検出することができるタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のタイヤ状態検出装置は、ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出装置であって、所定の振動を前記タイヤに入力する振動入力部と、前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得する周波数情報取得部と、取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数および反共振周波数を抽出し、抽出した前記タイヤの共振周波数および反共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記外側慣性モーメントおよび前記ばね定数を算出するタイヤ状態推定部とを有する。
【００１３】
本発明のタイヤ状態検出方法は、ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出方法であって、所定の振動を前記タイヤに入力するステップと、前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得するステップと、取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数および反共振周波数を抽出するステップと、抽出された前記タイヤの共振周波数および反共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記外側慣性モーメントおよび前記ばね定数を算出するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、タイヤの共振周波数および反共振周波数を抽出するので、タイヤの力学的モデルのねじりばね定数および外側慣性モーメントを都度算出することができ、タイヤ状態を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図
【図２】実施の形態１におけるタイヤの力学的モデルを示す図
【図３】実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート
【図４】実施の形態１におけるタイヤの周波数特性の一例を示す図
【図５】本発明の実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図
【図６】実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図
【図８】実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート
【図９】本発明の実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図
【図１０】実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート
【図１１】本発明の実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図
【図１２】実施の形態５におけるモータ駆動系の構成の一例を示す制御ブロック図
【図１３】本発明の実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図
【図１４】本発明の実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図
【図１５】本発明の実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図
【図１６】本発明の実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置の構成について説明する。
【００１８】
図１は、実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示すように、タイヤ状態検出装置１００は、ホイールに固定されるタイヤ（以下単に「タイヤ」という）２００に接続される装置であり、振動入力部１１０、周波数情報取得部１２０、およびタイヤ状態推定部１３０を有する。タイヤ２００は、この車両に対して安定的かつ固定的に接続されており、ホイールとの間で、空気や窒素等の気体を内包している。
【００２０】
振動入力部１１０は、所定の振動をタイヤ２００に入力する。所定の振動は、タイヤ２００の反共振周波数を後述の周波数情報取得部１２０が抽出し易くするための、タイヤ２００の回転方向に掛ける微小な前後振動であり、トルクの大きさと振動周波数とにより定義されるものである。以下、この所定の振動を「反共振用振動」といい、反共振用振動によりタイヤ２００のリムに掛けられるトルクを「反共振用トルク」という。
【００２１】
振動入力部１１０は、タイヤ２００の駆動系を電気的または機械的に制御することにより振動を加えても良いし、駆動系とは独立してタイヤ２００に直接に機械的に振動を加えても良い。直接に機械的に振動を加える場合、振動入力部１１０は、例えば、タイヤ２００のホイール等に取り付けられた、電磁型の加振器や、偏芯したマスが小型モータに取り付けられたアンバランスマス型の加振器とすることができる。また、振動入力部１１０は、例えば、アクティブサスペンションのような、ダンパの油圧制御装置とすることができる。
【００２２】
周波数情報取得部１２０は、振動入力部１１０によって反共振用振動が入力された場合のタイヤ２００の周波数情報を取得する。周波数情報は、後述のタイヤ２００の共振周波数および反共振周波数を抽出するための情報である。周波数情報は、例えば、タイヤ２００の回転角速度を含む。また、タイヤ２００のリム２２０がモータにより駆動される場合には、周波数情報は、モータ駆動型車両においてモータ駆動電流を流すために印加するインバータ制御電圧である。回転角速度の場合、例えば、エンコーダ（図示せず）を配置してリムの回転角度を取得し、リムの回転角度に対してそれぞれ時間微分を行うことにより取得することができる。このエンコーダは、例えば、タイヤ２００と同期して回転するロータと、ロータの回転角度を検知し電気信号へ変換するセンサとにより構成される。エンコーダとしては、例えば、インクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダ等の光学式エンコーダや、ホール素子等により構成される磁気式エンコーダが挙げられる。
【００２３】
タイヤ状態推定部１３０は、周波数情報取得部１２０が取得した周波数情報から、タイヤ２００の共振周波数および反共振周波数を抽出して、タイヤ２００の状態を推定する。そして、タイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００の力学的モデルを用いて、タイヤ２００の状態を推定する。具体的には、タイヤ状態推定部１３０は、タイヤ２００の力学的モデルのねじりばね定数および外側慣性モーメントを、タイヤ２００の状態の検出を行う毎に算出し、算出されたねじりばね定数および外側慣性モーメントに基づいてタイヤ２００の状態を推定する。
【００２４】
図２は、タイヤ状態推定部１３０が用いるタイヤ２００の力学的モデルを示す図である。
【００２５】
図２に示すように、タイヤ２００の力学的モデル２１０は、タイヤ２００のリム２２０の慣性モーメント、タイヤ２００のトレッド２３０の慣性モーメント、これらを結合するばね（ねじりばね）２４０、およびダンパ２５０を含む。すなわち、タイヤ２００の力学的モデル２１０は、タイヤ２００に発生する機械的な振動を、ねじり振動現象としてモデル化したものである。力学的モデル２１０は、以下に示す各変数を用いて表現される。
Ｊ１：リム２２０の慣性モーメント（内側慣性モーメント）
Ｊ２：トレッド２３０の慣性モーメント（外側慣性モーメント）
Ｋ：タイヤ２００のねじりばね定数
Ｄ：タイヤ２００の等価粘性係数
Ｔｅ：車両側からリム２２０に掛けられる出力トルク
Ｔｄ：タイヤ２００が転動することにより路面からトレッド２３０に掛けられる外乱トルク
ω１：リム２２０の回転角速度
ω２：トレッド２３０の回転角速度
【００２６】
なお、θｓは、リム２２０とトレッド２３０との回転角度差とする。慣性モーメントＪ１および等価粘性係数Ｄは、固定値とみなすことができるパラメータである。外側慣性モーメントＪ２は、タイヤ２００の磨耗等により変化し得るパラメータである。ねじりばね定数Ｋは、リム２２０とトレッド２３０とを結合するタイヤ２００の側面ゴム部の弾性を表すパラメータであり、空気圧（タイヤ内圧）に依存する。出力トルクＴｅは、制御対象である。外乱トルクＴｄは、不明なパラメータである。回転角速度ω１は、高精度に測定可能なパラメータである。
【００２７】
タイヤ状態検出装置１００は、図示しないが、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶媒体等を有する。この場合、上述の各機能部の一部または全部は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。タイヤ状態検出装置１００は、例えば、車両に搭載され、タイヤ２００の駆動系に接続されたＥＣＵ（Electric Control Unit）の形態を取る。
【００２８】
このようなタイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００の共振周波数および反共振周波数を抽出するので、タイヤ２００のねじりばね定数および外側慣性モーメントを高精度で取得して、タイヤ２００の状態を検出できる。すなわち、タイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００の磨耗や交換等により外側慣性モーメントが変化しても、変化後の外側慣性モーメントの値に基づいてタイヤ２００の状態の検出を行うことができるので、タイヤ状態を高精度に検出できる。
【００２９】
次に、タイヤ状態検出装置１００の動作について説明する。
【００３０】
図３は、実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、タイヤ状態を推定するタイミング（以下「推定実施タイミング」という）が到来する毎に、振動入力部１１０は、所定の振動をタイヤ２００へ入力する（Ｓ１０９０）。推定実施タイミングは、検出対象となる車両の走行中でも駐停車中でも良く、一定速度での走行中でも不定速度での走行中でも良い。また、推定実施タイミングは、予め定められた周期で到来しても良いし、ドライバによりスイッチ押下等の所定の操作が行われた時であっても良い。
【００３２】
そして、周波数情報取得部１２０は、タイヤ２００の周波数情報を取得し、取得された周波数情報をタイヤ状態推定部１３０へ出力する（Ｓ１１００）。タイヤ状態推定部１３０は、入力された周波数情報から、タイヤ２００の共振周波数および反共振周波数を抽出する（Ｓ１１２０）。そして、タイヤ状態推定部１３０は、抽出した共振周波数および反共振周波数から、タイヤ２００の外側慣性モーメントＪ２およびねじりばね定数Ｋを算出する。
【００３３】
ここで、タイヤ状態推定部１３０が共振周波数および反共振周波数を検出し、共振周波数および反共振周波数に基づいて外側慣性モーメントＪ２およびねじりばね定数Ｋを算出する手法について説明する。ここでは、周波数情報としてリム２２０の回転角速度ω１がタイヤ状態推定部１３０へ入力された場合について説明する。
【００３４】
なお、周波数情報は、例えば、回転角速度、モータを駆動するための制御電圧の周波数である。
【００３５】
図４は、タイヤ２００の周波数特性の一例を示す図である。横軸は周波数ｆを示し、縦軸はリム２２０の回転角速度ω１のパワースペクトル密度、および出力トルクＴｅと回転角速度ω１との位相差を示す。
【００３６】
タイヤ状態推定部１３０は、リム２２０の回転角速度ω１に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等の周波数解析を行うことにより、図４に示すスペクトル波形３１１を得ることができる。
【００３７】
図４に示すように、タイヤ２００の周波数特性を示すスペクトル波形３１１において、タイヤ内圧による影響を受ける共振周波数は、サスペンションの前後振動とタイヤ２００のねじりばね共振との連成共振として周波数３１２に現れる。この現象の詳細については、例えば非特許文献に記載されているため、ここでの説明を省略する。
【００３８】
そして、スペクトル波形３１１には、タイヤ２００の共振周波数である上述の周波数３１２において急峻な山のピークが現れる一方、反共振周波数３１４において、急峻な谷のピークが現れる。
【００３９】
そこで、タイヤ状態推定部１３０は、スペクトル波形３１１のピーク位置を検出することによって、共振周波数３１２と反共振周波数３１４とを取得する。なお、これらのピーク位置では、位相差３１５が１８０度反転する性質がある。したがって、タイヤ状態推定部１３０は、位相差３１５が９０度から−９０度に反転する周波数と位相差３１５が−９０度から９０度に反転する周波数とを特定することにより、共振周波数３１２および反共振周波数３１４を取得することもできる。
【００４０】
なお、図４において、ピークとなる周波数は周波数３１２の他に周波数３１３もあるが、１０Ｈｚないし１５Ｈｚ周辺に現れる周波数は、タイヤの仕様によって定まる周波数であることが経験則的に分かっている。そのため、フィルタによって周波数３１３のレベルを抑圧することによって、共振周波数３１２を検出することもできる。
【００４１】
ところで、図２の力学的モデルからは、以下の式（１）に示す状態方程式が導出される。
【数１】
0005531265.tif 000002
【００４２】
また、式（１）からは、以下の式（２）に示す入出力間伝達関数行列が求められる。
【数２】
0005531265.tif 000003
【００４３】
タイヤ２００の等価粘性係数Ｄは、ねじりばねの共振周波数および反共振周波数に影響を与えないため０と置くことができる。したがって、リム２２０に掛けられる出力トルクＴｅからリム２２０の回転角速度ω１までの伝達関数Ｇ１１（ｓ）は、ラプラス演算子をｓ、共振角周波数をωｃ０、反共振角周波数をωａと置くと、以下の式（３）で表すことができる。
【数３】
0005531265.tif 000004
【００４４】
式（３）より、タイヤ２００の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａは、以下の式（４）および式（５）のように導出される。
【数４】
0005531265.tif 000005
【数５】
0005531265.tif 000006
【００４５】
したがって、タイヤ状態推定部１３０は、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを検出し、式（４）および式（５）の連立方程式を解く処理を行うことによって、ねじりばね定数Ｋと外側慣性モーメントＪ２とを算出することができる。
【００４６】
ここで、周波数情報には、タイヤと路面との摩擦係数や凹凸に起因して生じる、ねじり共振周波数以外の振動成分による振動雑音が多く含まれる。反共振周波数ｆａは、このような振動雑音に埋もれ易いため、従来技術においては検出が困難であった。
【００４７】
そこで、上述の通り、タイヤ状態検出装置１００は、振動入力部１１０により、反共振周波数ｆａが抽出され易くする所定の振動を、タイヤ２００に入力するようにしている。これにより、タイヤ状態検出装置１００は、反共振周波数ｆａをより確実にかつ高い精度で抽出することができる。
【００４８】
なお、タイヤ状態推定部１３０は、例えば、以下に説明する手法により、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを算出して、ねじりばね定数Ｋおよび外側慣性モーメントＪ２を算出しても良い。
【００４９】
タイヤ状態推定部１３０は、逐次型最小二乗推定法を利用した別の手法により、ねじりばね定数Ｋおよび外側慣性モーメントＪ２を算出しても良い。この手法では、タイヤ状態推定部１３０は、未知のパラメータベクトルθ＝［θ１  θ２］Ｔ＝［ωｃ０２  ωａ２］Ｔ＝［４π２ｆｃ０２  ４π２ｆａ２］Ｔを推定する。
【００５０】
この場合、上述の出力トルクＴｅからリムの回転角速度ω１までの伝達関数Ｇ１１（ｓ）の式（３）を用いた式（６）の関係式から、式（７）を経て式（８）が導出され、観測可能なベクトルξと観測可能な出力ｙが式（９）と式（１０）のように定義できる。
【数６】
0005531265.tif 000007
【数７】
0005531265.tif 000008
【数８】
0005531265.tif 000009
【数９】
0005531265.tif 000010
【数１０】
0005531265.tif 000011
【００５１】
タイヤ状態推定部１３０は、未知のパラメータθを、観測可能なパラメータξと出力ｙを用いて、式（１１）の評価関数が最小となるように決定する。
【数１１】
0005531265.tif 000012
【００５２】
そして、タイヤ状態推定部１３０は、式（１１）を展開して得られる以下の式（１２）および式（１３）によって、未知のパラメータθを求めることができる。これにより、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを算出することができる。
【数１２】
0005531265.tif 000013
【数１３】
0005531265.tif 000014
【００５３】
そして、タイヤ状態推定部１３０は、算出された共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａから、式（４）および式（５）を用いて、タイヤ２００のねじりばね定数Ｋおよび外側慣性モーメントＪ２を算出する（Ｓ１１３０）。
【００５４】
このように、タイヤ状態検出装置１００は、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａさえ抽出することができれば、現在のタイヤ２００の状態を精度良く表すねじりばね定数Ｋおよび外側慣性モーメントＪ２を、算出できる。
【００５５】
以上のように、実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置１００は、所定の振動をタイヤ２００に加えて、タイヤ２００の周波数情報を取得し、その周波数情報からタイヤ２００の共振周波数および反共振周波数を抽出する。そして、タイヤ状態検出装置１００は、抽出した共振周波数および反共振周波数から、タイヤ２００の状態を推定する。これにより、タイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００の力学的モデルのねじりばね定数および外側慣性モーメントを都度算出することができ、タイヤ２００の状態を高精度に検出することができる。
【００５６】
なお、上述の非特許文献１記載の技術は、反共振周波数をタイヤ２００の状態の検出に用いるものではないため、後述のタイヤ２００の反共振周波数が抽出され易くするための振動の入力を行っていない。したがって、非特許文献１記載の技術では、反共振周波数を確実かつ高精度に抽出することはできない。
【００５７】
また、上述の非特許文献１記載の技術は、外乱オブザーバにおいて、内側慣性モーメントＪ１と外側慣性モーメントＪ２とを、ホイールやタイヤゴムの材質・形状によって決まる定数として扱う。したがって、非特許文献１記載の技術は、タイヤ２００の磨耗や交換により外側慣性モーメントＪ２の値が大きく変わった場合には、タイヤ内圧が変化していないにもかかわらずねじりばね定数Ｋが変化したと推定してしまう。
【００５８】
したがって、このような非特許文献１記載の技術に比べて、本発明に係るタイヤ状態検出装置１００は、より高い精度でタイヤ２００の状態の検出を行うことができる。
【００５９】
なお、上記説明においては、所定の振動を、反共振周波数を抽出し易くするための反共振用振動として説明したが、これに限定されない。所定の振動は、反共振用振動だけでなく、タイヤ２００の共振周波数を周波数情報取得部１２０が抽出し易くするための、タイヤ２００の回転方向に掛ける微小な前後振動（共振用振動）を更に含む振動であってもよい。かかる場合、タイヤ２００のリムに掛けられるトルクは、「共振・反共振用トルク」としてもよい。
【００６０】
これにより、周波数情報取得部１２０は、共振周波数についても抽出し易くなり、より精度の高いタイヤ状態を検出することができる。
【００６１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態１の図１に対応するものである。図１と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。
【００６２】
実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置１００が実施の形態１と異なる主な点は、過去に取得されたタイヤ状態に関する情報に基づいて反共振用振動を決定する振動入力部１１０ａと、タイヤ状態に関する情報をフィードバックするタイヤ状態推定部１３０ａとが配置されていることである。
【００６３】
タイヤ状態推定部１３０ａは、ねじりばね定数Ｋの変化に基づいて、タイヤ２００の空気圧が著しく低下したか否かを判定する。そして、タイヤ状態推定部１３０ａは、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａと、パンク等によるタイヤ空気圧の著しい低下（以下「空気圧低下」という）の有無についての判定結果とを保持する。
【００６４】
振動入力部１１０ａは、タイヤ状態推定部１３０ａが保持する共振周波数ｆｃ０、反共振周波数ｆａ、および空気圧低下の有無の情報を取得する。そして、振動入力部１１０ａは、これらの情報に基づいて、反共振周波数ｆａが抽出され易い振動となるように、トルクの大きさおよび振動周波数の少なくとも一方、またはこれらの両方を制御する。トルクの大きさおよび振動周波数の一方が固定値である場合には、振動入力部１１０ａは、固定値ではない他方のみを制御すれば良い。
【００６５】
図６は、実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置１００の動作の一例を示すフローチャートであり、実施の形態１の図３に対応するものである。図３と同一部分には同一ステップ番号を付し、これについての説明を省略する。
【００６６】
振動入力部１１０ａは、推定実施タイミングが到来する毎に、タイヤ状態推定部１３０ａに保存されている、前回の推定実施タイミングで取得された（以下単に「前回の」という）共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａと、空気圧低下の有無の情報とを読込む（Ｓ１０５０）。
【００６７】
この情報の読込みは、例えば、振動入力部１１０ａが、タイヤ状態推定部１３０ａに対して情報要求指令を送出し、この情報要求指令を取得したタイヤ状態推定部１３０ａが、情報を振動入力部１１０ａへ送出しても良い。そして、振動入力部１１０ａは、空気圧低下無しであれば（Ｓ１０５１：ＮＯ）、この共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを含む振動を発生させるための反共振用振動を決定し（Ｓ１０６０）、決定した反共振用振動をタイヤ２００へ入力する（Ｓ１０９１）。反共振用振動の決定の詳細については後述する。なお、空気圧低下有りの場合（Ｓ１０５１：ＹＥＳ）には、振動入力部１１０ａは、反共振用振動の出力は行わずに、例えば後述のステップＳ１２００（図８参照）へ進む。
【００６８】
一方、タイヤ状態推定部１３０ａは、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）を算出すると（Ｓ１１３０）、今回の推定実施タイミングで取得された（以下単に「今回の」という）ねじりばね定数Ｋ（ｔ）と前回のねじりばね定数Ｋ（ｔ−１）との差が、予め定めた閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１１４０）。なお、ｔは、最新の周波数情報に基づくパラメータであることを示し、ｔ−ｎは、ｎ回前の推定実施タイミングで入力された周波数情報に基づくパラメータであることを示す。
【００６９】
タイヤ状態推定部１３０ａは、今回のねじりばね定数Ｋ（ｔ）と前回のねじりばね定数Ｋ（ｔ−１）との差が閾値以上である場合、つまりタイヤ内圧が急激に変化したといえる場合には（Ｓ１１４０：ＹＥＳ）、タイヤ２００の空気圧低下が発生したと判定する（Ｓ１１５０）。そして、タイヤ状態推定部１３０ａは、空気圧低下が発生した旨を示す空気圧低下情報を保存する（Ｓ１１６０）。
【００７０】
この空気圧低下情報は、次回の推定実施タイミングの（以下単に「次回の」という）ステップＳ１０５０において、振動入力部１１０ａにより読込まれる。そして、タイヤ交換または修理後のリセット処理が行われるまで、つまり空気圧低下無しの空気圧低下情報が入力されるまで、振動入力部１１０ａは、反共振用振動の出力を停止する。なお、このリセット処理は、タイヤ交換を行った後にドライバ等が図示しないリセットボタンを押下する等により指示される。リセット処理が指示されると、タイヤ状態推定部１３０ａは、保存しているタイヤ空気圧低下情報を破棄する。
【００７１】
また、タイヤ状態推定部１３０ａは、差が閾値未満である場合には（Ｓ１１４０：ＮＯ）、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａと、ばね定数Ｋ（ｔ）とを保存する（Ｓ１１８０）。これらのうち、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａは、次回のステップＳ１０５０において振動入力部１１０ａにより読込まれる。また、ばね定数Ｋ（ｔ）は、次回のステップＳ１１４０において前回のばね定数Ｋ（ｔ−１）として用いられる。
【００７２】
なお、タイヤ状態推定部１３０ａは、複数回分のばね定数Ｋ（ｔ−１）、Ｋ（ｔ−２）、・・・Ｋ（ｔ−ｍ）（ｍ：正の整数）を保存しておいても良い。そして、タイヤ状態推定部１３０ａは、保存しておいた複数回分のばね定数のうちの任意の１つもしくは最大値、または平均値と、今回のばね定数Ｋ（ｔ）との差を、判定に用いても良い。
【００７３】
以下、反共振用振動の決定の詳細について説明する。
【００７４】
反共振周波数ｆａが不明な段階では、反共振周波数ｆａが抽出され易い振動も不明である。したがって、振動入力部１１０ａは、反共振用トルクを、広い周波数帯域において、低い周波数から高い周波数へ、もしくは、高い周波数から低い周波数へと掃引する正弦波状のトルクに決定する。すなわち振動入力部１１０ａは、反共振周波数が不明である初期状態においては、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを確実に抽出できるよう、比較的広い範囲を探索するような振動トルクを、反共振用トルクに決定する。
【００７５】
ところが、このような広い周波数帯域に対する探索には、比較的時間が掛かる。
【００７６】
そこで、タイヤ状態検出装置１００は、直前に共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａが検出されている場合には、探索範囲を絞り込み、探索時間の短縮を図る。具体的には、振動入力部１１０ａは、タイヤ状態推定部１３０ａから取得した前回の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを含む狭い周波数帯域に限定した振動トルクを、反共振用トルクに決定する。
【００７７】
例えば、振動入力部１１０ａは、前回の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを含む範囲に周波数の上限・下限値を設定し、下限値の周波数から上限値の周波数へ、もしくは、上限値の周波数から下限値の周波数へと掃引する正弦波状のトルクを、反共振用トルクに決定する。または、振動入力部１１０ａは、前回の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを含む範囲に通過帯域を限定した帯域通過フィルタを作成し、振動入力部１１０ａは、白色雑音を意図的に発生させ、この白色雑音を、生成した帯域通過フィルタに通過させて得られる白色雑音トルクを、反共振用トルクに決定する。
【００７８】
なお、振動入力部１１０ａは、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａの変化が少ない場合にのみ探索範囲の絞り込みを行っても良い。また、振動入力部１１０ａは、複数回分の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａの各平均値を用いて、探索範囲の絞り込みを行っても良い。更には、振動入力部１１０ａは、この平均値の算出を行う場合、大きく外れている値を除外して、平均値を算出しても良い。これにより、タイヤ状態検出装置１００は、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａの抽出精度を向上させることができる。
【００７９】
また、タイヤ２００に空気圧低下が発生したりタイヤ２００が交換されたりした場合には、タイヤ２００の状態が大きく変化するため、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａが大幅に変わっている可能性が高い。したがって、そのような場合には、振動入力部１１０ａは、探索範囲の絞り込みを解除して、比較的広い範囲を探索するような振動トルクを、反共振用トルクに決定する。
【００８０】
このように、実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置１００は、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａの探索時間を短縮させることができる。これにより、実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００の状態を、短時間で検出することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態２の図５に対応するものである。図５と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。
【００８２】
実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置１００が実施の形態２と異なる主な点は、タイヤ内圧算出部１４０および情報提示部１５０を有することである。
【００８３】
タイヤ内圧算出部１４０は、タイヤ状態推定部１３０ａからねじりばね定数Ｋ（ｔ）および外側慣性モーメントＪ２（ｔ）を取得し、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）に基づいてタイヤ２００の内圧を算出する。具体的には、タイヤ内圧算出部１４０は、例えば、タイヤのばね定数Ｋとタイヤ２００の内圧との相関関係を予め記憶しており、この相関関係を用いて、ばね定数Ｋ（ｔ）からタイヤ２００の内圧を算出する。この相関関係は、テーブルによって定義されても良いし、関数によって定義されても良い。そして、タイヤ内圧算出部１４０は、算出したタイヤ２００の内圧を、内圧情報として情報提示部１５０へ出力する。
【００８４】
ねじりばね定数Ｋとタイヤ２００の内圧との間の相関関係は、比例関係である。ねじりばね定数Ｋとタイヤ２００の内圧との間の比例関係およびこれに基づくタイヤ２００の内圧の検出手法の詳細は、例えば非特許文献１に記載されているため、ここでの説明を省略する。但し、タイヤ内圧算出部１４０が用いるタイヤ２００の内圧の検出手法は、非特許文献１に記載の手法に限定されない。
【００８５】
また、タイヤ内圧算出部１４０は、タイヤ状態推定部１３０ａに空気圧低下情報が保持されている場合には、これを取得し、情報提示部１５０へ出力する。
【００８６】
情報提示部１５０は、タイヤ内圧算出部１４０から内圧情報または空気圧低下情報を入力されると、内圧情報および空気圧低下情報の内容を、ドライバに対して提示する。この提示は、例えば、インストルメントパネルやナビゲーション装置のディスプレイにおける表示や、ラウドスピーカからの音声出力によって行われる。
【００８７】
図８は、実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置１００の動作の一例を示すフローチャートであり、実施の形態２の図６に対応するものである。図６と同一部分には同一ステップ番号を付し、これについての説明を省略する。
【００８８】
タイヤ状態推定部１３０ａは、タイヤ２００に空気圧低下が発生したと判定すると（Ｓ１１５０）、空気圧低下情報を保存すると共に、タイヤ内圧算出部１４０へ出力して（Ｓ１１６１）、後述のステップＳ１１９０へ進む。また、タイヤ状態推定部１３０ａは、今回のねじりばね定数Ｋ（ｔ）と前回のねじりばね定数Ｋ（ｔ−１）との差が予め定めた閾値未満である場合には（Ｓ１１４０：ＮＯ）、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）および外側慣性モーメントＪ２（ｔ）をタイヤ内圧算出部１４０へ出力する（Ｓ１１７０）。そして、タイヤ状態推定部１３０ａは、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）を保存する（Ｓ１１８０）。
【００８９】
タイヤ内圧算出部１４０は、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）を入力された場合は、ねじりばね定数Ｋから、タイヤ２００の内圧を算出する（Ｓ１１９０）。そして、タイヤ内圧算出部１４０は、算出した内圧を、内圧情報として情報提示部１５０へ出力する。また、タイヤ内圧算出部１４０は、空気圧低下情報を入力された場合は、タイヤ２００に空気圧低下が発生していることを情報提示部１５０へ出力する。この結果、タイヤ２００の内圧を示す内圧情報と、タイヤ２００に空気圧低下が発生していることを示す空気圧低下情報とが、適宜、タイヤ２００の状態に応じてドライバに提示されることになる（Ｓ１２００）。
【００９０】
このように、実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００の状態をドライバに対して提示するので、空気の注入やパンク修理等の適切な処置を、ドライバに対して促すことができる。これにより、実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置１００は、車両に対する安全性の向上や燃費の向上を図ることができる。
【００９１】
なお、情報提示の対象は、ドライバに限定されず、他の同乗者や、車両の整備者、車両の遠隔監視者であっても良い。整備者に対して提示を行う場合は、タイヤ状態検出装置１００は、内圧情報および空気圧低下情報、または、これらの基となる各情報を記録する記録媒体を備える必要がある。また、遠隔監視者に対して提示を行う場合には、タイヤ状態検出装置１００は、管理サーバ等の外部装置に対して内圧情報および空気圧低下情報を送信する通信装置を備える必要がある。
【００９２】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態３の図７に対応するものである。図７と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。
【００９３】
実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１００は、バッテリ部３１０、インバータ部３２０、およびモータ部３３０を駆動系とするタイヤ２００に適用されるものである。実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１００が実施の形態３と異なる主な点は、振動入力部１１０ａがインバータ制御部１１１に置き換わり、周波数情報取得部１２０が回転角速度検出部１２１に置き換わっていることである。
【００９４】
バッテリ部３１０は、インバータ部３２０が電流を出力するために必要な電力を、インバータ部３２０に供給する蓄電池である。
【００９５】
インバータ部３２０は、後述のインバータ制御部１１１から入力される、モータ駆動電流の出力指令値に従って、モータ部３３０に対して電力を出力する。
【００９６】
モータ部３３０は、インバータ部３２０から供給される電力によりトルクを発生し、タイヤ２００を駆動する。
【００９７】
インバータ制御部１１１は、ドライバが車両を加速するために踏み込んだアクセルペダル（図示せず）の踏込量を示す操作情報（以下単に「操作情報」という）を入力する。そして、インバータ制御部１１１は、操作情報から、車両の走行のためにタイヤ２００に掛けるトルク（以下「走行用トルク」という）の値を決定する。また、インバータ制御部１１１は、実施の形態３の振動入力部１１０ａと同様に、反共振用トルクを決定する。そして、インバータ制御部１１１は、反共振用トルクと走行用トルクとの合成トルク（以下単に「合成トルク」という）がモータ部３３０から出力されるような、モータ駆動電流の出力指令値を、インバータ部３２０へ出力する。
【００９８】
さらに、インバータ制御部１１１は、モータ部３３０のモータ駆動電流の実際出力値を電流検出部（図示せず）により検出する。そして、インバータ制御部１１１は、この実際出力値がインバータ制御部１１１で算出した出力指令値に一致するように、インバータ部３２０のモータ部３３０に対する電力供給を制御する。
【００９９】
インバータ制御部１１１は、このような出力指令値の生成を、合成トルクの値を算出することにより行っても良いし、反共振用トルクを発生するためのモータ駆動電流である「反共振用電流」と走行用トルクを発生するためのモータ駆動電流である「走行用電流」とを合成することによって（加算することによって）行っても良い。以下、適宜、合成トルクを発生するためのモータ駆動電流は、「合成駆動電流」という。
【０１００】
回転角速度検出部１２１は、タイヤ２００から、タイヤ２００のリムの回転角速度ω１を検出し、上述の周波数情報として、タイヤ状態推定部１３０ａへ出力する。回転角速度検出部１２１は、例えば、タイヤ２００と同期して回転するロータとロータの回転角度を検知し電気信号へ変換するセンサとにより構成されるエンコーダ（図示せず）から、リムの回転角度を取得する。そして、回転角速度検出部１２１は、リムの回転角度に対してそれぞれ時間微分を行うことにより、回転角速度ω１を算出する。
【０１０１】
なお、回転角速度検出部１２１は、例えば、インクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダ等の光学式エンコーダや、ホール素子等により構成される磁気式エンコーダ等を用いて、回転角度を取得しても良い。
【０１０２】
タイヤ状態推定部１３０ａは、回転角速度検出部１２１から入力される回転角速度ω１に基づいて、タイヤ２００の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを算出する。
【０１０３】
図１０は、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１００の動作の一例を示すフローチャートであり、実施の形態３の図８に対応するものである。図８と同一部分には同一ステップ番号を付し、これについての説明を省略する。
【０１０４】
まず、アクセルペダルが踏み込まれると、インバータ制御部１１１は、アクセルペダルの踏込量に基づく走行用トルクの値を導出し（Ｓ１０１０）、走行用トルクの値に対応する走行用電流を導出する（Ｓ１０２０）。そして、インバータ制御部１１１は、推定実施タイミングではない場合には（Ｓ１０３０：ＮＯ）、走行用電流を出力指定値としてインバータ部３２０へ出力する。この結果、モータ部３３０からは、走行用電流のみがモータ駆動電流として出力され（Ｓ１０４０）、走行用トルクのみがタイヤ２００に掛けられる。
【０１０５】
一方、推定実施タイミングである場合には（Ｓ１０３０：ＹＥＳ）、インバータ制御部１１１は、前回の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを読み込む（Ｓ１０５０）。インバータ制御部１１１は、空気圧の低下が無い場合には（Ｓ１０５１：ＮＯ）、前回の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを含む振動を発生させるための反共振用トルクを導出する（Ｓ１０６１）。そして、インバータ制御部１１１は、反共振用トルクの値に対応する反共振用電流を導出し（Ｓ１０７０）、走行用電流に反共振用電流を重畳した合成駆動電流の出力指令値を生成し、インバータ部３２０へ出力する（Ｓ１０８１）。この結果、モータ部３３０からは、合成駆動電流がモータ駆動電流として出力され（Ｓ１０９２）、合成駆動トルクがタイヤ２００に掛けられる。
【０１０６】
そして、回転角速度検出部１２１は、タイヤ２００の回転角速度ω１を検出し、時系列の回転角速度信号として、タイヤ状態推定部１３０ａへ出力する（Ｓ１１０１）。タイヤ状態推定部１３０ａは、入力される回転角速度信号を、上述の、前回の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを含む帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタに通過させる（Ｓ１１１０）。そして、帯域通過フィルタを通過した後の回転角速度信号から、タイヤ２００の共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを抽出する（Ｓ１１２０）。
【０１０７】
このように、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１００は、操作情報を入力し、モータ駆動電流の値を制御することにより、走行用トルクおよび反共振用トルクの入力を行う。これにより実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１００は、操作情報を取得可能であってモータ駆動電流の値を指定可能な駆動系のタイヤ２００に対して、容易に反共振用振動を入力することができる。
【０１０８】
また、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００と安定的かつ固定的に接続されたモータ部３３０から反共振用振動を入力するので、周波数情報における共振周波数および反共振周波数以外の振動成分の影響を小さくすることができる。
【０１０９】
また、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１００は、モータ部３３０を駆動するために設置されている回転角度センサから取得される回転角速度を周波数情報として取得するので、振動を検出するための別のセンサを用意する必要が無い。
【０１１０】
なお、停車中の場合は、ドライバがアクセルペダルを踏んでいない状態であり、走行用トルクはゼロとなる。したがって、タイヤ状態検出装置１００は、停車中にタイヤ２００の状態の検出を行う場合には、反共振用トルクのみをタイヤ２００に入力することになる。
【０１１１】
（実施の形態５）
図１１は、実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態４の図９に対応するものである。図９と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。
【０１１２】
実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１００が実施の形態４と異なる主な点は、回転角速度検出部１２１が、モータ駆動電流の実際出力値を用いてタイヤ２００の回転角速度を検出する、回転角速度検出部１２３に置き換わることである。
【０１１３】
回転角速度検出部１２３は、インバータ部３２０とモータ部３３０の間に設置されている電流取得部（図示せず）から取得したモータ駆動電流の実際出力値Ｉｑから、タイヤ２００のリムの回転角速度ω１を算出して、タイヤ状態推定部１３０ａへ出力する。
【０１１４】
ここで、回転角速度検出部１２３における、モータ駆動電流の実際出力値Ｉｑから回転角速度ω１を算出する手法について説明する。
【０１１５】
図１２は、モータ駆動系の構成の一例を示す制御ブロック図である。
【０１１６】
インバータ制御部１１１のＰＩ制御器３２１は、モータ部３３０を流れる合成駆動電流の実際出力値が、インバータ制御部１１１により算出された合成駆動電流（の指令値）に一致するように、モータ部３３０を流れる電流の実際出力値Ｉｑを制御する制御器である。すなわち、ＰＩ制御器３２１は、インバータ制御部１１１で算出した出力指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに、モータ部３３０の実際出力値Ｉｑが一致するような制御電圧Ｖｑ＿ｒｅｆを、モータ部３３０に印加する。
【０１１７】
モータ回路３３１は、巻き線コイルのインダクタンスＬおよび巻き線コイルの抵抗Ｒによりモデル化が可能な電子回路である。実際出力値Ｉｑにより、トルク定数Ｋｔに比例する出力トルクＴｅが、タイヤ２００に加えられる。そして、タイヤ２００の回転と共に、モータ部３３０のロータが回転角速度ω１で回転する。このときモータ部３３０では、ロータの回転角速度ω１に比例する（比例定数Ｋｅ）逆起電力−Ｋｅω１が生じ、モータ部３３０の巻き線コイルの両端には、電圧Ｖ＝Ｖｑ＿ｒｅｆ−Ｋｅω１が、実際入力電圧値として入力される。この関係から、以下の式（１４）が導出される。
【数１４】
0005531265.tif 000015
【０１１８】
回転角速度検出部１２３は、実際出力値Ｉｑおよび制御電圧Ｖｑ＿ｒｅｆから、式（１４）を用いてモータ部３３０の回転角速度（つまりタイヤ２００のリムの回転角速度）ω１を算出し、タイヤ状態推定部１３０ａへ出力する。
【０１１９】
このように、実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１００は、モータ部３３０に出力される駆動電流の実際出力値およびインバータ制御部１１１で算出される制御電圧から回転角速度ω１を検出することができるので、エンコーダ等のセンサを不要とすることができる。
【０１２０】
なお、実施の形態５は、モータ部３３０が、回転子の表面に永久磁石を貼り付けた、表面磁石構造の同期モータであって、ｄ軸電流が零である電流制御を想定したものであるが、モータ部３３０の構成はこれに限定されない。例えば、モータ部３３０が、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ、埋め込み磁石構造の同期モータであって、ｄ軸電流が非零での電流制御系を想定した場合においても、同様に回転角速度ω１を検出することが可能である。
【０１２１】
（実施の形態６）
図１３は、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態４の図９に対応するものである。図９と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。
【０１２２】
実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１００は、バッテリ部３１０、インバータ部３２０、モータ部３３０、およびインバータ制御部３４０を駆動系とするタイヤ２００に適用されるものである。実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１００が実施の形態４と異なる主な点は、インバータ制御部１１１が制御部１１２に置き換わっていることである。
【０１２３】
インバータ制御部３４０は、後述の制御部１１２から入力される、タイヤ２００の出力トルクの値に基づいて、その出力トルクをモータ部３３０が出力するようなモータ駆動電流の出力指令値を算出し、インバータ部３２０へ出力する。または、インバータ制御部３４０は、後述の制御部１１２から入力される、タイヤ２００の出力トルクをモータ部３３０が出力するようなモータ駆動電流に基づいて、そのモータ駆動電流を出力する出力指令値を算出し、インバータ部３２０へ出力する。
【０１２４】
制御部１１２は、実施の形態３記載の振動入力部１１０ａと同様に、操作情報に基づく走行用トルクの値と、反共振用トルクの値とを決定する。そして、制御部１１２は、タイヤ２００の出力トルクの値として、反共振用トルクと走行用トルクとを合成した合成トルクの値を、インバータ制御部３４０へ出力する。なお、出力トルクの値の出力は、出力トルクの値そのものではなく、出力トルクをタイヤ２００に出力するためのモータ部３３０へのモータ駆動電流の出力により行われても良い。
【０１２５】
このように、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１００は、操作情報を入力し、出力トルクの値を制御することにより、走行用トルクおよび反共振用トルクの入力を行う。これにより、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１００は、操作情報を取得可能であって出力トルクの値を指定可能な駆動系のタイヤ２００に対して、容易に反共振用振動を入力することができる。
【０１２６】
（実施の形態７）
図１４は、実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態４の図９に対応するものである。図９と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。
【０１２７】
実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置１００が実施の形態４と異なる主な点は、電流指示部１１３を有していることである。
【０１２８】
電流指示部１１３は、実施の形態４のインバータ制御部１１１と同様に、反共振用トルクを決定する。そして、電流指示部１１３は、決定した反共振用トルクをモータ部３３０が出力するようなモータ駆動電流の値を、反共振用電流の値として、インバータ制御部１１１へ出力する。
【０１２９】
インバータ制御部１１１は、アクセルペダルの踏込量に対応する走行用トルクの値を決定し、この走行用トルクをモータ部３３０が出力するような走行用電流の値を算出する。そして、インバータ制御部１１１は、電流指示部１１３から入力される反共振用電流の値を、走行用電流の値に加算して合成駆動電流の値を算出し、算出結果を、出力指令値としてインバータ部３２０へ出力する。
【０１３０】
このように、実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００に固有の振動を発生させる反共振用電流を生成する電流指示部１１３を有することにより、走行用電流に重畳した合成駆動電流をモータ部３３０へ出力し、走行用トルクおよび反共振用トルクの入力を行う。これにより、実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００に対して、容易に反共振用振動を入力することができる。
【０１３１】
（実施の形態８）
図１５は、実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態６の図１３に対応するものである。図１３と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。
【０１３２】
実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１００が実施の形態６と異なる主な点は、反共振用振動指示部１１４を有していることである。
【０１３３】
反共振用振動指示部１１４は、実施の形態７の電流指示部１１３と同様に、反共振用トルクを決定する。そして、反共振用振動指示部１１４は、決定した反共振用トルクの値を、制御部１１２へ出力する。
【０１３４】
制御部１１２は、ドライバが車両を加速するために踏み込んだアクセルペダル（図示せず）の踏込量に対応する走行用トルクを決定する。そして、制御部１１２は、反共振用振動指示部１１４から入力された反共振用トルクと走行用トルクとの合成トルクを算出し、インバータ制御部３４０へ出力する。または、制御部１１２は、この走行用トルクがモータ部３３０から出力されるようなモータ駆動電流（すなわち、走行用電流）の値を導出すると共に、制御部１１２は、反共振用振動指示部１１４から入力された反共振用トルクをモータ部３３０が出力するようなモータ駆動電流（すなわち、反共振用電流）の値を導出して、走行用電流に反共振用電流を重畳した合成駆動電流を生成し、インバータ制御部３４０へ出力する。
【０１３５】
このように、実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００に固有の振動を発生させる反共振用トルクを生成する反共振用振動指示部１１４を有することにより、走行用トルクと重畳した合成トルクに基づく合成駆動電流をモータ部３３０へ出力し、走行用トルクおよび反共振用トルクの入力を行う。これにより、実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００に対してモータ駆動電流の値を指定可能な駆動系のタイヤ２００に対して、容易に反共振用振動を入力することができる。
【０１３６】
（実施の形態９）
図１６は、実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態４の図９に対応するものである。図９と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。
【０１３７】
実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置１００が実施の形態４と異なる主な点は、回転角速度検出部１２１が配置されていないことである。
【０１３８】
タイヤ状態推定部１３０ａは、インバータ制御部１１１が算出した図１２のモータ部３３０に対する制御電圧Ｖｑ＿ｒｅｆを入力し、例えば以下の手法により共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを算出して、タイヤ２００の状態を推定する。
【０１３９】
図１２において説明した関係から、以下の式（１５）が導出される。
【数１５】
0005531265.tif 000016
【０１４０】
この式（１５）において、右辺第２項＋第３項（Iｑの項）は、モータ部３３０がインバータ制御部１１１から入力されるモータ駆動電流の出力指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを出力するように制御されているため、入力である出力指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと同じ周波数特性が現れる。一方、右辺第１項（Ｋｅω１の項）は、式（１）〜式（４）において説明したような、共振周波数ｆｃ０および反共振周波数ｆａを含む振動に応じて発生する逆起電力である。したがって、式（１５）の制御電圧Ｖｑ＿ｒｅｆを用いることにより、タイヤ内圧の影響を受けるねじりばねの共振周波数ｆｃ０・反共振周波数ｆａを検出することが可能である。
【０１４１】
制御電圧Ｖｑ＿ｒｅｆから共振周波数ｆｃ０・反共振周波数ｆａを検出する手法としては、上述の周波数解析を制御電圧Ｖｑ＿ｒｅｆに対して行って共振周波数ｆｃ０と反共振周波数ｆａを示す急峻なピーク位置を検出する手法や、上述の逐次型最小二乗推定法を利用する手法を採用し得る。
【０１４２】
逐次型最小二乗推定法を利用する場合には、上述の式（６）に対して式（１５）を導入することにより、以下の式（１６）が導出される。ここで、観測可能なベクトルξおよび観測可能な出力ｙは、以下の式（１７）および式（１８）のようにそれぞれ定義される。
【数１６】
0005531265.tif 000017
【数１７】
0005531265.tif 000018
【数１８】
0005531265.tif 000019
【０１４３】
タイヤ状態推定部１３０ａは、実施の形態１で説明した逐次型最小二乗推定法により、未知のパラメータθから、共振周波数ｆｃ０・反共振周波数ｆａを求める。なお、未知のパラメータベクトルθ＝［θ１  θ２］Ｔ＝［ωｃ０２  ωａ２］Ｔ＝［４π２ｆｃ０２  ４π２ｆａ２］Ｔについては、上述の通りである。
【０１４４】
このように、実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置１００は、モータ部３３０に対する制御電圧からタイヤ２００の状態を推定するので、回転角速度検出部を不要とすることができる。すなわち、実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置１００は、タイヤ２００の角度や回転角速度を検出するセンサを使用することなく、センサを使用する構成と同等の精度で、タイヤ２００の状態を検出することができる。
【０１４５】
なお、実施の形態４〜実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置は、タイヤに所定の振動を入力する手法として、インバータ部への入力信号を制御するようにしたが、モータ部への入力信号（つまり制御電圧）を直接に制御しても良い。すなわち、タイヤ状態検出装置は、インバータ部を含む構成であっても良い。
【０１４６】
また、実施の形態４〜実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置は、タイヤ内圧算出部および情報提示部を必ずしも備えなくても良い。
【０１４７】
また、実施の形態６〜実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置は、回転角速度検出部に代えて、実施の形態５のモータ駆動電流より算出する回転角速度検出部を備えても良い。
【０１４８】
また、実施の形態６〜実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置は、回転角速度検出部を必ずしも備えなくてもよく、実施の形態９で説明した制御電圧から共振周波数および反共振周波数を抽出するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明に係るタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法は、タイヤ状態を高精度に検出することができるタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法として有用である。
【符号の説明】
【０１５０】
１００  タイヤ状態検出装置
１１０、１１０ａ  振動入力部
１１１、３４０  インバータ制御部
１１２  制御部
１１３  電流指示部
１１４  反共振用振動指示部
１２０  周波数情報取得部
１２１  回転角速度検出部
１２３  回転角速度検出部
１３０、１３０ａ  タイヤ状態推定部
１４０  タイヤ内圧算出部
１５０  情報提示部
２００  タイヤ
３１０  バッテリ部
３２０  インバータ部
３２１  ＰＩ制御器
３３０  モータ部
３３１  モータ回路
【図１】
0005531265.tif 000020
【図２】
0005531265.tif 000021
【図３】
0005531265.tif 000022
【図４】
0005531265.tif 000023
【図５】
0005531265.tif 000024
【図６】
0005531265.tif 000025
【図７】
0005531265.tif 000026
【図８】
0005531265.tif 000027
【図９】
0005531265.tif 000028
【図１０】
0005531265.tif 000029
【図１１】
0005531265.tif 000030
【図１２】
0005531265.tif 000031
【図１３】
0005531265.tif 000032
【図１４】
0005531265.tif 000033
【図１５】
0005531265.tif 000034
【図１６】
0005531265.tif 000035